Коррозионные микро- и макроэлементы на поверхности трубопроводов

Коррозионные микроэлементы появляются за счет неоднородности микроструктуры поверхности стального газопровода: наличия микрочастиц различных металлов в сплаве (Fe, C, Mn, P, S и др.), микровключений окислов окалины, неметаллических микровключений (частиц пыли, нарушений микроструктуры поверхности газопровода), микроструктурной физико-химической неоднородности состава грунта (наличия микровключений различных плотностей, химического состава, концентрации).

Коррозионные макроэлементы возникают за счет неоднородности макроструктуры поверхности стального газопровода при наличии макровключений (окалин, царапин, вмятин, наклепа), а также поперечных и продольных сварных швов (рис. 1.3.5), макроструктурной неоднородности физико-химических свойств почв (состава, влажности, воздухопроницаемости). Для протяженных магистральных газопроводов последнее имеет наибольшее значение. Возникновение этих элементов является следствием того, что газопровод, пересекая на глубине 0,8 – 2,2 м лесные массивы, пахотные земли, овраги, балки, болота, мелкие ручьи и крупные реки, находится в почвах с различными условиями водяного и воздушного режима.

Коррозионные макроэлементы по окружности газопровода могут возникать из-за неравномерного доступа кислорода к верхней и нижней частям трубы (макроэлементы дифференциальной аэрации). При выходе подземного газопровода на поверхность образуется коррозионный макроэлемент, направленный по высоте сооружения. Неравномерный доступ кислорода, обусловливающий развитие коррозионных макроэлементов, направленных вдоль газопровода, связан с пересечением им неровностей микрорельефа трассы и искусственных сооружений.

При пересечении водных преград газопровод прокладывается в виде основной и резервных ниток. Коррозия подводных трубопроводов обусловливается воздухопроницаемостью, растворимостью воздуха и его диффузией через слой воды над газопроводом. Коррозионный макроэлемент может образоваться на переходе многониточного газопровода через водное препятствие при транспортировке горячего газа по основной нитке (горячий электрод) и выключенной резервной нитке (холодный электрод). Анодные участки образуются на основной горячей нитке. Для устранения температурных причин коррозионного разрушения подводных переходов необходимо все нитки газопровода держать включенными в работу, что обеспечивает выравнивание температуры между ними.

Естественный (стационарный) потенциал подземного металлического сооружения

Металлические сооружения, уложенные в землю, находятся под непрерывным воздействием окружающего грунта. На поверхности газопровода, контактирующей с почвенным электролитом, в местах нарушения сплошности изолирующего покрытия на границе «металл – электролит» устанавливается определенный электрохимический (электродный) потенциал, величину которого можно определить по разности потенциалов между газопроводом и неполяризующимся медно-сульфатным электродом. Таким образом, потенциал газопровода представляет собой разность его электродного потенциала и потенциала электрода сравнения по отношению к грунту. Этот потенциал называют стационарным. Стационарный потенциал зависит от состояния поверхности газопровода и физико-химических свойств грунтов.

Так как сплав трубной стали имеет неоднородный химический состав и неравномерное распределение зерен металлов, составляющих сплав в его массе, а также различную ориентацию зерен в пространстве на поверхности газопровода, то в микромасштабе отдельные участки поверхности могут иметь различные потенциалы. Однако в макромасштабе определяющее влияние на потенциал оказывают другие факторы. Островки окалины, оставшиеся на поверхности газопровода после очистки его от ржавчины и грязи, имеют более положительный стационарный потенциал, чем очищенная поверхность, а царапины, вмятины, участки наклепа по сравнению с ненарушенной поверхностью имеют более отрицательный потенциал. Рост числа и площади оголений изолированного газопровода так же смещает стационарный потенциал газопровода.

В практике коррозионных обследований газопроводов стационарный потенциал принято называть естественным потенциалом, подразумевая при этом отсутствие на газопроводе блуждающих, теллурических и других наведенных токов.

В плотных, плохо аэрируемых глинистых грунтах стационарный потенциал газопровода более отрицателен, чем в хорошо аэрируемых, песчаных грунтах. С уменьшением влажности грунты и увеличением его удельного электрического сопротивления стационарный потенциал газопровода становится положительнее. В кислых грунтах стационарный потенциал более отрицателен, чем в щелочных.

Поверхность подземного газопровода не является эквипотенциальной. Между отдельными участками ее существует разность потенциалов. Все это обусловливает возможность протекания на газопроводе, находящемся в среде почвенного электролита, электрохимических коррозионных процессов. При изменении метеорологических условий на трассе газопровода в течение года разность потенциалов и интенсивность электрохимических коррозионных процессов претерпевают сезонные изменения. Значительное влияние на электрохимический процесс оказывает температурный режим газопровода, зависящий от температуры газа, состава, влажности и температуры грунта. В общем случае при повышении температуры газа коррозионный процесс ускоряется, при промерзании грунта – замедляется.